Тема 9. Здания-источники получения энергии

Модуль 4. Вариативный. Здания-источники получения энергии

Отличительная особенность энергоактивных зданий любого типа заключает­ся в том, что их конструкции наделены способностью улавливать, преобразовы­вать и передавать во внутреннюю или внешнюю энергосистему энергию возоб­новляемых источников: солнечную, ветровую, гидро- и геотермальную, биохи­мическую и другие виды энергии.

И все-таки в настоящее время предпочитают создавать не системы, а полностью или частично энергоавтономные отдельные здания — сельские жилые дома и производственные здания, санато­рии, дома отдыха и пансионаты. Устройства пассивного солнечного отопления и сезонного солнеч­ного горячего водоснабжения, использование вторичных энергоресурсов и устройство солнцезащиты зданий являются реалистическими и экономически целесообразными. Вместе с тем с точки зрения достижения максимального энергетического эффекта технические решения зачастую весьма доро­гостоящи, громоздки, ресурсоемки, сложны в эксплуатации. Тем не менее такие здания проекти­руются и строятся, их авторы на основе эксплуатационных испытаний доказывают право таких зда­ний на жизнь, на широкое тиражирование.

Интересен проект экспериментального энергетически и экологически автономного жилого комплекса-лаборатории, предназначенного для строительства в совхозе «Огре» пос. Юмправа Лат­вийской ССР. Проект разработан авторским коллективом Московского архитектурного института и Университета дружбы народов им. П. Лумумбы при участии института Проектпромвентиляция.

В проекте предусмотрено:

максимально возможное использование энергии Солнца, биогаза и теплонасосных установок при максимальном снижении теплопотерь и повышении термического сопротивления ограждающих конструкций;

создание автономной системы канализации и полной утилизации органических отходов за счет создания биореактора, в котором образуется и собирается метан, а очищенная вода отстаивается, аэрируется и поступает в систему подземного орошения теплицы-утилизатора;

объемно-планировочное решение дома-комплекса, при котором обеспечивается максимальный уровень комфортности проживания, а все помещения — жилые, вспомогательные, технологические, хозяйственные, надворные постройки — объединены в едином объеме дома и совместно с вегета­ционными и животноводческими помещениями собраны в единый блок. Предусмотрены утилиза­ция теплоты канализационных стоков и вытяжного воздуха, воздушные солнечные коллекторы, использование метана, применение теплового аккумулятора с использованием теплоты фазовых переходов, тепловых насосов, установка теплового дублера — котла на твердом топливе.

Результаты анализа энергетической эффективно­сти рассмотренных объемных элементов зданий в поле суммарной солнечной радиации определяются по многолетним данным. В порядке убывания обеспеченности солнеч­ной энергией имеются 10 вариантов с показателями, осредненными по году, отопительному и теплому периоду. Кроме гипотетического гелиоблока, вмонтированного, например, в межферменный этаж совмещенного плоского покрытия, наиболее обеспечены солнечной энергией в годовом цикле гелиоблоки южной ориентации в системе верхнего этажа. При этом следует отметить, что однофасадная гелиоквартира юж­ной ориентации по среднегодовой обеспеченности солнечной энергией среди рас­смотренных вариантов занимает пятнадцатое место.

В отопительном сезоне по обеспеченности солнечной энергией первые три места занимают гелиоквартиры рядового этажа южной, юго-западной и юго-восточной ориентации. Следующий за ними южный гелиоблок верхнего этажа обеспечен солнечной энергией в отопи­тельном сезоне на 25% меньше варианта рядового (промежуточного) этажа южной ориентации.

В летний период наибольший интерес представляют здания с наименьшей приведенной солнечной облученностью. Наименьшую облученность из числа отдельно стоящих зданий имеет многоэтажное здание широтной ориентации и здание, квадратное в плане, например дом-башня. Исходя из этого и с учетом коэффициентов компакт­ности и огражденности, можно рекомендовать при проектировании оптималь­ного в гелиотехническом отношении здания-холодильника объемное решение, близкое к кубу. Крыша затенена вспомогательным этажом (машинное отделение, административные и бытовые помещения), размещенным на колон­нах над основным холодильным блоком; предусматривается сквозное провет­ривание пространства между основным и вспомогательным блоками.

Анализ экстремумов годового хода приведенной облученности показывает также, что далеко не все объемные элементы зданий получают максимум сол­нечной энергии в наиболее жаркий месяц. К послед­ним относятся квартиры южной и юго-западной ориентации верхних и проме­жуточных этажей. Анализ данных о суточном ходе приведенной облученности показывает, что наиболее солнечная в январе квартира южной ориентации полу­чает в среднем в 2,18 раза больше лучистой энергии, чем эталонный куб, в то же время ее амплитуда приведенной облученности больше, чем у эталона, в 2,71 ра­за. Следующая группа гелиоблоков рядового этажа юго-восточной и юго-запад­ной ориентации имеет также высокие показа­тели среднечасовой обеспеченности солнечной энергией —в 1,83—1,71 раза выше эталона. При этом суточная амплитуда наименьшая у трехфасадного гелиоблока. Незначительно (на 2%) уступает им по среднечасовой при­веденной облученности в январе южная квартира верхнего этажа. Однако последнему варианту следует отдать предпочтение в том случае, если предусматривается круглогодичное (или летнее) приготовление горячей воды на солнечной энергии, так как среднегодовые и особенно летние показа­тели обеспеченности солнечной теплотой у этого варианта существенно более высокие и по относительной облученности превышают соответственно на 27,4% и 40,2% показатели варианта.

Ситуационная характеристика эффективного солнечного энерго­замещения тепловых потерь зданий. Соотношение солнечной энергообеспечен­ности здания или его частей с другими факторами климата, все многообразие возможных случаев соотношения расхода и поступления энергии в различных регионах планеты принципиально сводится к следующим ситуациям:

I — солнечной энергии, поступающей к зданию в отопительном сезоне, доста­точно (с учетом реального к.п.д. гелиотехнической системы ограждений) для отопления всего проектируемого полезного объема здания по оценкам, основан­ным на средних многолетних (статистически достоверных) данных;

II — этой энергии достаточно для отопления отдельных объемных элементов
или ячеек здания с ограждениями энергетически выгодных ориентации и их со-
четаний;

III — солнечной энергии недостаточно для возмещения тепловых потерь
здания в целом или объемных элементов энергетически наиболее обеспеченных

ориентацией, однако дефицит может быть покрыт концентрированной подачей к объекту дополнительной солнечной энергии в солнечные дни отопительного сезона;

IV — солнечной энергии недостаточно; дефицит солнечной теплоты в ото-
пительном сезоне может быть покрыт лишь с использованием межсезонной
аккумуляции солнечной энергии;

V — солнечная энергия в отопительном сезоне к зданиям и сооружениям не поступает, и возможна лишь летняя аккумуляция солнечной энергии, в том числе с использованием эффективных концентраторов различных систем.

Технические решения солнечного энергозамещения тепловых потерь строи­тельных объектов, адекватные сформулированным ситуациям гелиоклимата, целесообразно представить в виде следующих основных направлений:

разработка зданий и сооружений, весь полезный объем которых отапли­вается (термостатируется) с использованием солнечной энергии (ситуация I);

разработка в системе проектируемых и строящихся зданий либо реконст­рукция в эксплуатируемых зданиях объемных микроячеек (квартира, секция, надстройка, часть здания) с одно-, двух-, трех- и четырехфасадным облучением (ситуации I и II);

соединение в комплексах двух и более функционально разнотипных зданий, одно или часть из которых отапливаются с использованием солнечной энергии, а другие не отапливаются или не требуют использования солнечной энергии (ситуация II—V);

использование отдельных ограждений зданий и сооружений из числа бли­жайших 1С-гелиотехническому объекту (тоже зданию, сооружению) в качестве переотражателей (концентраторов) солнечной энергии с целью дополнитель­ного облучения объекта (ситуации II—V);

создание гелиопоселков или микрорайонов города с единой или мультипли­цированной системами солнечного термостатирования (ситуации I—III);

разработка зданий или комплексов с пообъектным или централизованным, в том числе межсезонным аккумулированием солнечной теплоты (ситуа­ции III—V).

Подчеркнем, что с учетом рассматривавшейся ранее межгодовой и внутри-месячной изменчивости поступления солнечной энергии, как правило, все системы солнечного обогрева и охлаждения строительных объектов необходимо снабжать отопительным дублером.

Дата добавления: 2014-01-07